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          测量小百科:电阻应变片测试原理


              

          电 阻 应 变 片 测 试 原 理


          关键词:应变测试,应变片、Strain Gauge

          导读:

                     机械测试和测量中,我们需要了解一个物体对于力的作用所产生的形变。应变效应,即为材料由于受力所产生的变形,贴于其上的应变片的电阻值也会随着发生变化。此文将介绍应变片的基本结构,分类及其原理。


          应变片的基本结构




          上图为电阻丝应变片的结构示意图。电阻丝由直径为0.01~0.05mm的金属丝制成的,为了获得最大相对应方向的应变力,将其绕成栅状,称为敏感栅,并黏贴于绝缘的基底上。铜线与电阻丝的两端连接作为应变片引线,用来连接测量导线。敏感栅上面黏贴有保护作用的覆盖层。栅长乘以珊宽即为应变片的使用面积。应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示,如3mm×20mm,120Ω。

          应变片的分类

          应变片可分为金属式应变片和半导体式应变片两大类。



          金属式应变片中,按照敏感栅的材料不同,分为丝式,箔式和金属膜式。

          1. 丝式应变片:金属丝式应变片式用0.01-0.05mm的金属丝做敏感栅,有回线式和短接式两种。金属丝应变片蠕变较大,金属丝易脱落,但价格便宜。

          2. 箔式应变片:金属箔式应变片是利用照相制版或光刻技术,将厚约为0.003-0.01mm的金属箔片制成敏感栅。箔式应变片于片基的接触面积大,散热好,蠕变较小,目前广泛使用。

          3. 薄膜应变片:金属薄膜应变片式采用真空蒸发或真空沉积等方法,再薄的绝缘基底上形成厚度在0.1μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅。优点式灵敏度大,允许电流密度大,工作范围广,可达-197 ~ 317℃。


          半导体式应变片是将单晶硅锭切片、研磨、腐蚀压焊引线,最后粘贴在锌酚醛树脂或聚酰亚胺的衬底上制成的。是一种利用半导体单晶硅的压阻效应制成的一种敏感元件。半导体应变片与电阻应变片相比,具有灵敏系数高(约高 50~100倍)、机械滞后小、体积小、耗电少等优点。它的缺点是电阻和灵敏系数的温度系数大、非线性大和分散性大等。


          应变片的原理

          当应变片受到外力而产生形变时(拉伸或压缩),其电阻值R会随之增加或降低,借由此特性可以用来测量应力ε,应力ε与应变片电阻值R的变化量∆R的关系如下:




          应变系数GF(Gauge factor)是表示应变片灵敏度的系数。用于一般应变片的铜镍合金和镍铬合金的应变系数GF大约为2。



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